Unlock-SE

L'édition génomique végétale nécessite généralement la régénération in vitro de lignées, via embryogenèse somatique (ES) pour la plupart des céréales. Son efficacité dépend fortement du génotype et de l'espèce, et les mécanismes impliqués sont encore mal compris. La régénération via ES reste un obstacle majeur à l'utilisation des nouvelles techniques génomiques dans de larges panels d'accessions, y compris des cultivars élites. Notre objectif est de déverrouiller le potentiel de l'ES dans des génotypes de blé et de maïs récalcitrants à la régénération.

Ce projet s'appuie sur des résultats récents, acquis dans l'espèce modèle Brachypodium distachyon (Bd), qui identifient des régulateurs (épi)génétiques potentiels de l'initiation de l'ES. Dans notre protocole simplifié, toutes les transitions développementales impliquées dans l'initiation de nouveaux embryons somatiques se produisent en une semaine et dans moins d'un mm³ (Wehbi et al., 2022). Ce système permet d'évaluer les réponses in vitro quelques jours après l'induction et de régénérer des plantules transgéniques ou éditées en moins de deux mois (Soulhat et al., 2022). Par une approche multimodale originale, nous avons intégré des jeux de données transcriptomiques et épigénomiques (à l'échelle d'organes ou de cellules uniques) afin d'identifier les modules de régulation et les réseaux de gènes impliqués dans les transitions successives lors de la reprogrammation embryogénique chez Bd. Nos résultats mettent en évidence des facteurs de transcription (FT) spécifiques associés à des bascules développementales clés et les relient à des éléments cis-régulateurs (CRE) dans les gènes cibles dont ils contrôleraient l'expression.

Notre stratégie tire parti de ces résultats pour déverrouiller la régénération dans des accessions récalcitrantes de blé tendre et de maïs, car les mêmes processus de SE sont utilisés pour produire des lignées transgéniques ou éditées dans les monocotylédones. Dans ces espèces, l'ES repose sur la formation d'embryons somatiques dans le scutellum d'embryons zygotiques immatures cultivés in vitro, d'abord sur milieu inducteur de cals (avec auxine), puis sur milieu de régénération (avec cytokinine). Nous testerons dans un premier temps de multiples perturbations génétiques dans Bd, affectant soit des FT (perte ou gain de fonction), soit des CRE en aval, pour leur capacité à améliorer l'ES induite. Les perturbations qui favorisent la réponse dans Bd seront ensuite testées dans des accessions de blé et de maïs par les laboratoires nationaux de référence pour la transformation de ces espèces. Les loci candidats sélectionnés répondront à plusieurs critères : ils sont des nœuds clés des réseaux de régulation de l'ES déduits de notre étude multimodale ; leurs séquences sont conservées dans Bd, blé et maïs ; et leurs profils dynamiques (expression et marques épigénétiques) sont conservés au cours de l'ES induite dans les trois espèces. Notre système Bd permettant l'analyse rapide de multiples perturbations génétiques (en quelques semaines), seules celles entraînant une réponse in vitro accrue seront testées dans les céréales.

Unlock-SE introduit une approche originale, l'ingénierie des CRE, en plus de celle des FT eux- mêmes. Contrairement à l'inactivation ou la surexpression géniques usuelles, souvent pléiotropes, l'édition des CRE pourrait permettre un réglage fin et contextuel de l'expression des gènes, soit activée lors de transitions développementales définies, soit restreinte à des tissus spécifiques. Le projet devrait avoir de multiples impacts : 

1. une meilleure compréhension de l'ES végétale, notamment une cartographie détaillée des modules régulateurs qui la contrôlent chez les monocotylédones ; 
2. des outils innovants pour l'édition génomique du blé et du maïs, y compris dans les cultivars élites 
3. un accès simplifié aux lignées éditées via l’infrastructure nationale du PEPR Sélection Végétale Avancée et par la diffusion de méthodes originales.

Le projet Unlock-SE est en lien avec les axes 1 & 2 du PEPR Sélection Végétale Avancée  : 

Axe 1 : Développement de l’édition des génomes pour l’application à un large panel d’espèces

Axe 2 : Edition des génomes pour accompagner la transition agroécologique